JP2006147987A - Laser oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザー発振器に係り、更に詳しくは、Qスイッチを利用してパルスレーザー光を生成する固体レーザー発振器の改良に関する。 The present invention relates to a laser oscillator, and more particularly to an improvement in a solid-state laser oscillator that generates pulsed laser light using a Q switch.
一般に、固体レーザー発振器は、レーザー光を誘導放出するレーザー結晶と、レーザー結晶に励起光を集光させる光学レンズと、共振器光軸を形成するリアミラー及び出力ミラーと、レーザー光をパルス化させるQスイッチと、これらの各部材を支持している共振器筐体により構成される。 In general, a solid-state laser oscillator includes a laser crystal that stimulates and emits laser light, an optical lens that collects excitation light on the laser crystal, a rear mirror and an output mirror that form a resonator optical axis, and a Q that causes pulsed laser light. The switch is constituted by a resonator housing that supports these members.
この共振器筐体の内部には、密閉空間が形成されており、この密閉空間内に上記部材を収容することにより、塵の侵入によるレーザー出力の低下を防止している。また、共振器筐体は、金属などの熱伝導率の高い素材によって形成され、レーザー結晶及びQスイッチを上記密閉空間の内壁に密着させることにより、レーザー結晶及びQスイッチで発生した熱を共振器筐体を介して外部に排出させている。 A sealed space is formed inside the resonator casing, and the above-mentioned member is accommodated in the sealed space, thereby preventing a decrease in laser output due to dust intrusion. The resonator housing is formed of a material having high thermal conductivity such as metal, and the laser crystal and the Q switch are brought into close contact with the inner wall of the sealed space, so that the heat generated by the laser crystal and the Q switch is resonator. It is discharged outside through the housing.
光学レンズが励起光を照射してレーザー結晶を励起させる光ポンピングを行えば、当該レーザー結晶からレーザー光が放出される。このレーザー光を共振器光軸上で往復させて上記レーザー結晶にフィードバックさせれば、レーザー光が増幅され、レーザー発振が起こる。 When optical pumping is performed in which the optical lens irradiates excitation light to excite the laser crystal, laser light is emitted from the laser crystal. When this laser beam is reciprocated on the resonator optical axis and fed back to the laser crystal, the laser beam is amplified and laser oscillation occurs.
Qスイッチは、共振器光軸上のレーザー光を周期的に回折させることにより、上記フィードバック経路を周期的に遮断し、ジャイアントパルスと呼ばれる高出力のレーザー光を生成している。すなわち、共振器光軸上のレーザー光を透過させる期間と、回折させて共振器光軸外に偏向させる期間とを交互に繰り返し、偏向期間中のレーザー結晶に蓄えられたエネルギーをその後の透過期間に急峻なパルス状のレーザー光として出力させている。 The Q switch periodically diffracts the laser light on the resonator optical axis, thereby periodically blocking the feedback path, and generating high-power laser light called a giant pulse. That is, the period during which the laser beam on the resonator optical axis is transmitted and the period during which the laser beam is diffracted and deflected outside the resonator optical axis are alternately repeated, and the energy stored in the laser crystal during the deflection period is transmitted through the subsequent transmission period. Output as a steep pulsed laser beam.
一般に、Qスイッチには音響光学素子(AOM:Acoust Optical Modulator)が用いられている。音響光学素子は、入力信号に基づいて超音波を生成する振動子と、この超音波によって回折格子が形成される結晶からなる。つまり、超音波によって結晶を弾性的に振動させて、結晶中に回折格子を形成し、レーザー光を回折させている。このようなQスイッチは、結晶を振動させていることから激しく発熱する。このため、Qスイッチを用いたレーザー発振器では、Qスイッチの熱を効率的に排出させる必要があり、従来のレーザー発振器では、共振器筐体に冷却媒体(液体)の循環経路を設けて強制的に排熱させる方式、いわゆる水冷式が採用されていた。 In general, an acousto-optic device (AOM) is used for the Q switch. The acoustooptic device includes a vibrator that generates ultrasonic waves based on an input signal, and a crystal in which a diffraction grating is formed by the ultrasonic waves. That is, the crystal is elastically vibrated by ultrasonic waves, a diffraction grating is formed in the crystal, and laser light is diffracted. Such a Q switch generates intense heat because it vibrates the crystal. For this reason, in the laser oscillator using the Q switch, it is necessary to efficiently exhaust the heat of the Q switch, and in the conventional laser oscillator, a circulation path of the cooling medium (liquid) is provided in the resonator housing and forced. A so-called water-cooling method was adopted.
上述した通り、従来のレーザー装置は、そのほとんどが排熱方式として水冷式を採用している。しかしながら、水冷式の場合、冷却媒体の循環経路を設けなければならず、レーザー発振器の構造が複雑になり、レーザー発振器の小型化が困難であるという問題があった。 As described above, most of the conventional laser devices employ a water-cooling method as an exhaust heat method. However, in the case of the water-cooled type, there is a problem that a cooling medium circulation path must be provided, the structure of the laser oscillator becomes complicated, and the laser oscillator is difficult to downsize.
そこで、レーザー発振器の排熱方式として、水冷式に代えて、空冷式を採用することが考えられる。しかしながら、冷却媒体を用いることなく熱放射等により冷却を行う空冷式は水冷式に比べて排熱効率が悪い。このため、空冷式により高出力のレーザー発振器を実現しようとすれば、更なる改良が必要になる。このような改良案として、Qスイッチの排熱効率の向上と、Qスイッチにおける発熱量の抑制が考えられる。 Therefore, it is conceivable to adopt an air cooling method instead of the water cooling method as a heat exhaust method of the laser oscillator. However, an air-cooled type that performs cooling by heat radiation or the like without using a cooling medium has a lower exhaust heat efficiency than a water-cooled type. For this reason, further improvement is required to achieve a high-power laser oscillator by air cooling. As such an improvement plan, improvement in the exhaust heat efficiency of the Q switch and suppression of the heat generation amount in the Q switch can be considered.
Qスイッチの排熱効率を向上させるためには、Qスイッチから共振器筐体への排熱経路における熱抵抗を抑制しなければならず、Qスイッチの排熱面を共振器筐体の内壁に密着させることが必要になる。また、Qスイッチにおける発熱量を抑制するためには、Qスイッチに入力するRF信号電力を低下させる必要がある。 In order to improve the exhaust heat efficiency of the Q switch, the heat resistance in the exhaust heat path from the Q switch to the resonator housing must be suppressed, and the exhaust surface of the Q switch is in close contact with the inner wall of the resonator housing It is necessary to make it. Moreover, in order to suppress the heat generation amount in the Q switch, it is necessary to reduce the RF signal power input to the Q switch.
ところが、Qスイッチへの供給電力を低下させた場合、Qスイッチのアクティブアパーチャーが狭くなる。このため、共振器光軸とアクティブアパーチャーとを一致させるQスイッチの光軸調整作業において、水冷式のレーザー発振器の場合よりも高い精度が要求され、調整作業が難しくなるという問題があった。しかも、この光軸調整はQスイッチを移動させて行わなけばならない。つまり、Qスイッチの排熱面を共振器筐体の内壁に密着させた状態を維持しつつ、上記光軸調整を行わなければならず、その調整作業がより一層困難なものになるという問題があった。 However, when the power supplied to the Q switch is lowered, the active aperture of the Q switch becomes narrower. For this reason, in the optical axis adjustment work of the Q switch for matching the resonator optical axis with the active aperture, higher accuracy is required than in the case of the water-cooled laser oscillator, and there is a problem that the adjustment work becomes difficult. Moreover, this optical axis adjustment must be performed by moving the Q switch. That is, there is a problem that the optical axis adjustment must be performed while maintaining the state where the heat exhaust surface of the Q switch is in close contact with the inner wall of the resonator housing, and the adjustment work becomes more difficult. there were.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、Qスイッチの光軸調整を容易に行うことができるレーザー発振器を提供することを目的とする。特に、空冷式のレーザー発振器において、Qスイッチの光軸調整を容易に行うことができるレーザー発振器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a laser oscillator capable of easily adjusting the optical axis of a Q switch. In particular, an object of the present invention is to provide a laser oscillator capable of easily adjusting the optical axis of a Q switch in an air-cooled laser oscillator.
第1の本発明によるレーザー発振器は、 互いに対向して配置され、共振器光軸を形成するリアミラー及び出力ミラーと、上記共振器光軸上に設けられ、レーザー光を誘導放出させるレーザー結晶と、上記共振器光軸上のレーザー光を回折させることによりレーザー発振を制御する音響光学素子と、上記レーザー結晶及び音響光学素子を密閉空間内に収容する共振器筐体と、上記レーザー結晶に励起光を入射させる励起光供給部と、上記励起光の上記レーザー結晶への入射経路を調整するための励起光路調整部とを備えて構成される。この様な構成により、励起光の入射経路を調整して、共振器軸を移動させることができ、Qスイッチの光軸調整を容易化することができる。 A laser oscillator according to a first aspect of the present invention includes a rear mirror and an output mirror that are arranged to face each other and form a resonator optical axis, a laser crystal that is provided on the resonator optical axis and that stimulates and emits laser light; An acousto-optic device that controls laser oscillation by diffracting the laser beam on the resonator optical axis, a resonator housing that houses the laser crystal and acousto-optic device in a sealed space, and excitation light to the laser crystal And an excitation light path adjusting unit for adjusting an incident path of the excitation light to the laser crystal. With such a configuration, the resonator axis can be moved by adjusting the incident path of the excitation light, and the optical axis adjustment of the Q switch can be facilitated.
第2の本発明によるレーザー発振器は、上記励起光供給部が、上記励起光を供給する光ファイバと、この光ファイバからの出力光を上記リアミラーを透過させ、上記レーザー結晶に集光させる光学レンズからなり、上記励起光軸調整部が、上記光学レンズの中心軸に垂直な方向に関し、上記光ファイバ及び光学レンズの相対的な位置を調整するための調整機構からなる。この様な構成により、光ファイバーケーブル及び光学レンズの一方を移動させて、Qスイッチの光軸調整を行うことができ、Qスイッチの光軸調整を容易化することができる。 The laser oscillator according to the second aspect of the present invention is an optical lens in which the pumping light supply unit transmits the pumping light and the output light from the optical fiber is transmitted through the rear mirror and focused on the laser crystal. The excitation optical axis adjustment unit includes an adjustment mechanism for adjusting the relative positions of the optical fiber and the optical lens in a direction perpendicular to the central axis of the optical lens. With such a configuration, one of the optical fiber cable and the optical lens can be moved to adjust the optical axis of the Q switch, and the optical axis adjustment of the Q switch can be facilitated.
第3の本発明によるレーザー発振器は、上記励起光供給部が、上記励起光を供給する光ファイバケーブルと、この光ファイバケーブルからの出力光を上記リアミラーを透過させ、上記レーザー結晶に集光させる光学レンズからなり、上記励起光軸調整部が、上記励起光供給部の上記共振器筐体への取付位置を調整するための調整機構からなる。この様な構成により、レーザー結晶に対し、光ファイバーケーブル及び光学レンズをともに移動させて、Qスイッチの光軸調整を行うことができ、Qスイッチの光軸調整を容易化することができる。 In the laser oscillator according to a third aspect of the present invention, the pumping light supply unit transmits an optical fiber cable that supplies the pumping light and output light from the optical fiber cable through the rear mirror and focuses the laser crystal on the laser crystal. It comprises an optical lens, and the excitation light axis adjustment unit comprises an adjustment mechanism for adjusting the attachment position of the excitation light supply unit to the resonator housing. With such a configuration, the optical axis of the Q switch can be adjusted by moving both the optical fiber cable and the optical lens with respect to the laser crystal, and the optical axis of the Q switch can be easily adjusted.
第4の本発明によるレーザー発振器は、上記音響光学素子の放熱面を上記密閉空間の内壁に密着させた状態で、上記放熱面と平行な方向について取付位置が調整可能となるように、上記音響光学素子を上記共振器筐体に取付ける音響光学素子取付手段を備え、上記励起光軸調整部は、上記放熱面に垂直な方向について、上記励起光供給部から出力される励起光軸の位置を調整可能にするように構成される。この様な構成により、Qスイッチの光軸調整が困難である放熱面に垂直な方向についても、容易に調整することができる。 A laser oscillator according to a fourth aspect of the present invention is configured so that the mounting position can be adjusted in a direction parallel to the heat dissipation surface in a state where the heat dissipation surface of the acoustooptic device is in close contact with the inner wall of the sealed space. Acousto-optic element attachment means for attaching an optical element to the resonator housing, and the excitation light axis adjustment unit adjusts the position of the excitation light axis output from the excitation light supply unit in a direction perpendicular to the heat radiating surface. Configured to be adjustable. With such a configuration, it is possible to easily adjust the direction perpendicular to the heat radiating surface where it is difficult to adjust the optical axis of the Q switch.
本発明によれば、Qスイッチの光軸調整を容易に行うことができるレーザー発振器を提供することができる。特に、空冷式のレーザー発振器において、Qスイッチの光軸調整を容易化することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser oscillator which can perform the optical axis adjustment of Q switch easily can be provided. In particular, in an air-cooled laser oscillator, the optical axis adjustment of the Q switch can be facilitated.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1によるレーザー発振器についての説明図であり、Qスイッチの光軸調整時における様子が示されている。このレーザー発振器は、光学レンズ2及び3、リアミラー4、レーザー結晶5、Qスイッチ6及び出力ミラー7により構成される。光ファイバーケーブル8は、図示しない励起光源により生成された励起光を当該レーザー発振器に供給している。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the laser oscillator according to the first embodiment of the present invention, and shows a state when adjusting the optical axis of the Q switch. The laser oscillator includes
光ファイバーケーブル8から出射された励起光は、広がりながら光学レンズ2に入射され、光学レンズ2でコリメート(平行光化)される。このコリメート光が、光学レンズ3によってレーザー結晶5に集光される。なお、2枚の光学レンズ2,3は、1枚の光学レンズで代用することもできる。
The excitation light emitted from the
レーザー結晶5は、光ポンピングを行うことによりレーザー光を誘導放出する固体レーザー媒体からなる。つまり、励起光によって励起され、励起状態が基底状態よりも優性となる反転分布が形成された状態下において、そのエネルギー準位差に相当する光が入射すれば、当該入射光と同波長かつ同位相の光を放出する。
The
リアミラー4及び出力ミラー7は、レーザー結晶5とともにレーザー共振器を構成している。リアミラー4は、光学レンズ3からの励起光をレーザー結晶5へ透過させる一方、レーザー結晶5からのレーザー光を全反射させる全反射型ミラーである。出力ミラー7は、レーザー結晶5からレーザー光の大部分を反射させるとともに、その一部を透過させ、レーザー共振器の外部へ出力させる半透過型ミラーである。つまり、リアミラー4及び出力ミラー7は、レーザー結晶5を挟んで対向配置され、レーザー結晶5を含む共振器光軸を形成している。共振器光軸とは、レーザー結晶5の放出光を往復させる経路であり、放出光をレーザー結晶5へ再入射させることによって増幅し、波長及び位相の揃ったレーザー光を生成している。
The
なお、このレーザー発振器では、リアミラー4を介して、レーザー結晶5の端面に励起光を照射している。このような光ポンピングの方式は、レーザー結晶5の側面に励起光を照射するサイドポンピング方式に対し、エンドポンピング方式と呼ばれている。
In this laser oscillator, the end face of the
図2は、共振器光軸についての説明図である。共振器光軸は、リアミラー4及び出力ミラー7と、温度勾配に起因してレーザー結晶5内に形成される熱レンズによって規定される。レーザー結晶5は、励起光をレーザー光に波長変換する際に発熱し、レーザー結晶5の内部には温度勾配が生じている。一般に、物質の屈折率は温度に応じて変化することから、この温度勾配によって、レーザー結晶5内に一種の光学レンズ5Rが形成される。この光学レンズは熱レンズと呼ばれている。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the resonator optical axis. The resonator optical axis is defined by the
Qスイッチ6は、共振光軸上に配置された音響光学素子であり、制御信号に基づいて共振器光軸上のレーザー光を回折させ、光増幅を一時的に停止させることができる。このようなQスイッチ6には、光増幅を停止させるのに十分な回折角が得られる結晶61中の領域、いわゆるアクティブアパーチャーが存在する。このため、Qスイッチ6の位置を調整して、共振器光軸をアクティブアパーチャーに一致させておく必要がある。このようなQスイッチに関する調整を光軸調整と呼ぶことにする。
The
図1のレーザー発振器において、励起光の光学レンズ2への入射経路を変化させると、レーザー結晶5内における励起光の経路も変化する。このため、レーザー結晶5内の温度分布が変化し、その熱レンズ効果が変化することによって共振器光軸も移動する。つまり、光ファイバーケーブル8の位置を移動させれば、Qスイッチ6を固定したままで、その光軸調整を行うことができる。
In the laser oscillator of FIG. 1, when the incident path of the excitation light to the
図3は、熱レンズ5Rの変化についての説明図である。光ファイバーケーブル8の出光端の位置を光学レンズ2及び3の中心軸に対し垂直な方向に移動させた場合、レーザー結晶5の入射面上における励起光の入射位置が変化する。このため、集光点が変動しない場合であっても、入射面から集光点までの経路が変化する。しかも、励起光の大部分は、入射面付近において吸収されるため、光ファイバーケーブル8の移動によって、共振器光軸を移動させることができる。
FIG. 3 is an explanatory diagram of changes in the
次に、本発明の実施の形態1によるレーザー発振器の具体的な構成について、図4〜図11を参照して説明する。 Next, a specific configuration of the laser oscillator according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図4及び図5は、本発明の実施の形態1によるレーザー発振器の一構成例を示した外観図である。このレーザー発振器は、レーザーダイオード(不図示)で生成された励起光が入力されるとレーザー発振を行い、レーザー光を出力する。共振器筐体1は、一面が開放された内部空間12を有する筐体本体10と、この開放面を覆う蓋部11からなり、筐体本体10にはファイバーコネクタ13及びレンズホルダ14が取付けられている。なお、図4は、レーザー発振器の斜視図であり、図5の(b)は、図1のレーザー発振器を開口部側から見た場合の正面図、図5の(a)は、そのときの平面図である。
4 and 5 are external views showing a configuration example of the laser oscillator according to the first embodiment of the present invention. This laser oscillator oscillates and outputs laser light when excitation light generated by a laser diode (not shown) is input. The
この筐体本体10に蓋部11をネジ止めして両者を係合させれば、共振器筐体1内部に密閉空間12が形成される。この密閉空間12内にレーザー結晶5やQスイッチ6などが収容されている。レンズホルダ14は、光学レンズ2を内部に保持している。ファイバーコネクタ13は、上記レーザーダイオードで生成された励起光を当該レーザー発振器へ伝送させる光ファイバー(不図示)を筐体本体10に接続している。レーザー結晶5は、その側面を挟み込む結晶ホルダ5Hにより、密閉空間12内に取付けられている。Qスイッチ6は、略L字型のQスイッチホルダ60によって、密閉空間12内に取付けられている。
If the
レーザー発振器を構成する各部材は、高い精度で位置決めされた状態で、支持しておく必要がある。また、共振器筐体1の内部に塵が侵入すると、レーザー光によって焼けた塵がレーザー結晶5やQスイッチ6などの表面を汚し、レーザー出力を低下させる原因となる。さらに、レーザー結晶5やQスイッチ6などの熱を共振器筐体1から効率的に排出させる必要がある。このため、共振器筐体1には、構造的強度、気密性及び熱伝導性に優れた素材を用いる必要があり、通常は加工性の良好な金属で形成される。ここでは、共振器筐体1がアルミからなり、筐体本体10は、削り出し又はダイキャスティングによって形成されたアルミブロックからなるものとする。また、結晶ホルダ5HやQスイッチホルダ6Hもアルミからなる。
Each member constituting the laser oscillator needs to be supported while being positioned with high accuracy. Further, when dust enters the
信号コネクタ6Cは、制御信号が外部から入力されるコネクタであり、この制御信号は、Qスイッチ6に入力される。ここでは、Qスイッチ6の制御信号として、RF(Radio Frequency)信号が信号コネクタ6Cから入力されている。
The
図6は、図5(a)のA−A切断線による断面図であり、図中の一点鎖線は、励起光及びレーザー光の光軸と概ね一致している。 FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 5A, and the alternate long and short dash line in FIG. 5 substantially coincides with the optical axes of the excitation light and the laser light.
ファイバーコネクタ13から入射された励起光は、2枚の光学レンズ2及び3によってレーザー結晶5の内部に集光される。励起光をコリメート(平行光化)する光学レンズ2は、上記レンズホルダ14内に保持されている。また、コリメート光をレーザー結晶5に集光する光学レンズ3は、筐体本体10内に保持されている。レーザー結晶5に入射された励起光は、波長変換されてレーザー光となる。例えば、励起光の波長808nmをレーザー光の波長1064nmに変換している。
The excitation light incident from the
リアミラー4及び出力ミラー7は、密閉空間12を挟んで対向配置され、レーザー結晶5及びQスイッチ6を含む共振器光軸を形成している。
The
レーザー結晶5は、例えば、ネオジウム(Nd)イオンをドープしたYAG(イットリューム及びアルミからなるガーネット結晶)やYVO4(イットリューム・バナジウム酸塩)が用いられる。レーザー結晶5において励起光をレーザー光に変換する際に生じた熱は、ヒートシンクとしての結晶ホルダ5Hを介して、共振器筐体1へ伝わり、外部へ放熱される。
As the
Qスイッチ6は、信号コネクタ6Cから入力された制御信号に基づいて、共振器光軸上のレーザー光を回折させることができる。Qスイッチ6がオン状態の場合、共振器光軸上のレーザー光を回折させて共振器光軸外に偏向させ、オフ状態の場合には、レーザー光をそのまま透過させる。つまり、Qスイッチ6をオンすれば、共振器光軸上のレーザー光は遮断され、光増幅を一時的に停止させることができる。このとき、レーザー結晶5には大きな励起エネルギーが蓄積されるため、その後にQスイッチをオフすれば、ジャイアントパルスと呼ばれる急峻でピークエネルギーの極めて大きなレーザー光を生成することができる。従って、Qスイッチ6を周期的にオンオフ制御することにより、高出力のパルスレーザー光を生成することができる。
The
図7は、Qスイッチ6の詳細構成例を示した図である。このQスイッチ6は、トランスデューサと呼ばれる振動子60を結晶61に貼付して構成される。振動子60は、入力端子62から入力されるRF信号に基づいて超音波を生成しており、この超音波が、水晶からなる結晶61に伝搬されると、結晶61内に回折格子が形成される。
FIG. 7 is a diagram showing a detailed configuration example of the
光弾性を有する結晶61を超音波で振動させた場合、その内部に超音波の波長に応じた周期的な応力分布が発生する。この応力分布によって、結晶61内部に屈折率の周期的な分布が生じ、回折格子が形成される。この様な回折格子は、結晶61内に均一に生成されるわけではなく、レーザー光の回折角も結晶61内の領域によって異なる。図中のアクティブアパーチャー63は、レーザー光を十分に回折させることができる領域であり、結晶61中の振動子60側であって、振動子60から少し離れた位置に形成される。このため、Qスイッチ6は、共振器光軸が、このアクティブアパーチャー63と一致するように配置されていなければならない。
When the
また、オン状態のQスイッチ6は、結晶61を振動させていることから激しく発熱する。このため、ヒートシンクとしてのQスイッチホルダ6Hが、この熱を筐体本体10に伝導させて、共振器筐体1の外部へ排出している。この排熱は、冷却媒体の循環を伴わない空冷方式で行われており、従来の水冷式の場合に比べて排熱効率が悪い。
Further, the on-
このため、排熱効率を更に向上させるとともに、Qスイッチ6の発熱自体を抑制する必要がある。すなわち、結晶61の一面(望ましくは最も広い面)を排熱面とし、Qスイッチホルダ6Hに密着させるとともに、Qスイッチホルダ6Hを共振器筐体1に密着させている。また、従来の水冷式の場合に比べ、RF信号の信号電力を低下させて、Qスイッチ6における発熱量を抑制している。
For this reason, it is necessary to further improve the exhaust heat efficiency and to suppress the heat generation of the
しかしながら、RF信号電力を低下させれば、発熱が減少するだけでなく、アクティブアパーチャー63も狭くなってしまう。つまり、Qスイッチ6における発熱を抑制すれば、Qスイッチ6の位置決めに高い精度が要求される。しかも、高い排熱効率も確保するためには、Qスイッチ6の排熱面をQスイッチホルダ6Hを介して共振器筐体1に密着させておかなければならない。このため、従来と同様にして、Qスイッチ6の位置決めにより光軸調整を行おうとすれば、従来に比べて困難な作業になる。
However, if the RF signal power is lowered, not only the heat generation is reduced, but the
図8及び図9は、Qスイッチ6の位置決め調整時の様子の一例を示した図である。図8は、筐体本体10の開口部側から見た図であり、図9は、図8のB−B切断線による断面を示した図である。
FIG. 8 and FIG. 9 are diagrams showing an example of how the
Qスイッチ6は、Qスイッチホルダ6Hに固着されており、Qスイッチホルダ6Hが、筐体本体10の内部空間12に位置決めしながら取付けられる。Qスイッチホルダ6Hの位置決めは、例えば、バネ65及びマイクロメータ66を用いて行われる。具体的には、筐体本体10内に置かれたQスイッチホルダ6Hの一側面をバネで付勢した状態で、これに対向する側面にマイクロメータ66を当てる。ここでは、2組のバネ65及びマイクロメータ66が、Qスイッチ6の排熱面に平行であって、共振器光軸に垂直な方向に配置されている。
The
この状態で、マイクロメータ66を操作し、その測定軸を挿抜方向に移動させれば、Qスイッチホルダ6Hの位置を微調整することができる。この様にして、共振器光軸がアクティブアパーチャー63を貫通するように、Qスイッチ6の位置決めが行われる。位置決めが終われば、4個の固定ネジ64を用いて、Qスイッチホルダ6Hを筐体本体10の内壁に固定し、バネ65及びマイクロメータ66を抜き取る。このような調整作業を行うことにより、Qスイッチ6の排熱面に平行な面内において、任意の方向へQスイッチホルダ6Hを移動させ、あるいは、回転させる調整が可能となる。
In this state, if the
一方、Qスイッチ6の排熱面は、Qスイッチホルダ6Hを介して、筐体本体10の内壁に密着させならない。このため、本実施の形態によるレーザ発振器では、Qスイッチ6の排熱面に垂直な方向については、Qスイッチの位置調整を行うことができない。このため、本実施の形態によるレーザー発振器では、ファイバーコネクタ13の位置を調整し、励起光の光学レンズ2への入射位置を移動させることにより、共振器光軸をQスイッチ6のアクティブアパーチャー63に一致させるための微調整を行っている。
On the other hand, the heat release surface of the
図10は、図6の要部について更に詳細に示した断面図であり、ファイバーコネクタ13からリアミラー4までの構成例が示されている。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the main part of FIG. 6 in more detail, and shows a configuration example from the
光学レンズ3及びリアミラー4は、筐体本体10内に保持されている。筐体本体10の励起光入射部には、円柱形状の中空部が形成されており、その中心軸付近が励起光の経路となっている。この中空部は、励起光の出射側(つまりレーザー結晶5側)に小さな貫通孔が設けられ、励起光の入射側を大きく開口させている。光学レンズ3及びリアミラー4は、この開口部から挿入され、中空部内に保持されている。当該中空部の内壁は、ネジ切り加工されており、光学レンズ3及びリアミラー4は、この内壁に係合させたリングネジ3R及び4Rによって、筐体本体10内にそれぞれ固定されている。
The
レンズホルダ14は、その中心軸上に円柱形の中空部を有する円盤形状からなり、当該中心軸付近が励起光の経路となっている。この中空部は、励起光の入射側に小さな貫通孔が設けられ、励起光の出射側は大きく開口させている。光学レンズ2は、この開口部から挿入され、中空部内に保持されている。当該中空部の内壁は、ネジ切り加工されており、光学レンズ2は、この内壁と係合させたリングネジ2Rによって、レンズホルダ14内に固定されている。また、レンズホルダ14は、その中空部の内壁を励起光の出射側へ延長させた円筒形の突出部を有している。この突出部は、外壁がネジ切り加工されており、当該外壁を筐体本体10の中空部の内壁と係合させることにより、レンズホルダ14を筐体本体10に係合させている。
The
ファイバーコネクタ13は、一端にフランジ部13Fを有する中空の円筒形状からなり、その中心軸付近が励起光の経路となっている。ファイバーコネクタ13の他端には、光ファイバーケーブル8の出力端が接続されるファイバー取付部13Cが設けられている。
The
ファイバーコネクタ13のフランジ部13Fと、レンズホルダ14の外周部には、互いに対応する位置にネジ孔が形成されており、取付ネジ16を用いて、ファイバーコネクタ13がレンズホルダ14に固定される。
Screw holes are formed at positions corresponding to each other in the
ここで、ファイバーコネクタ13に形成されている上記ネジ孔は、取付ネジ16の軸部の外形よりも大きな内径を有しており、取付ネジ16による締結時に、光学レンズ2に対するファイバーコネクタ13の位置を微調整することができる。すなわち、光学レンズ2の中心軸に対し垂直な面内において、任意の方向へ移動させて、ファイバーコネクタ13を位置決めすることができるようになっている。このため、光学レンズ2に対する励起光の入射位置を調整することができる。
Here, the screw hole formed in the
出力ミラー7は筐体本体10内に保持され、角度調整を行うことができる。このレーザー発振器では、リアミラー4が固定されているため、出力ミラー7の角度調整機構は、出力ミラー7への入射レーザー光を、その反射面に垂直に入射させるためのものであり、当該角度調整機構を用いて、共振器光軸を任意に移動させるものではない。
The output mirror 7 is held in the
Qスイッチ6の光軸調整は、出力ミラー7の調整後に行われる。すなわち、出力ミラー7の調整後に、従来と同様の方法によるQスイッチの調整が行われ、その後に、ファイバーコネクタ13の位置決めによる微調整が行われる。この微調整の際、熱レンズが変化するため、ファイバーコネクタ13の位置決め後に、出力ミラー7の再調整が行われる。さらに、必要であれば、ファイバーコネクタ13の位置決めと、出力ミラー7の再調整が繰り返される。
The optical axis of the
本実施の形態によれば、光ファイバーケーブル8の出光端を保持するファイバーコネクタ13を調整可能とし、光学レンズ2,3に対する励起光の入射位置を調整可能にしている。このため、ファイバーコネクタ13の取付位置を微調整することにより、Qスイッチ6を固定したままで、共振器光軸をアクティブアパーチャー63に一致させることができる。従って、Qスイッチ6の光軸調整を容易化することができる。特に、光軸調整の作業が困難であるとともに、高精度の調整が求められる空冷式のレーザー発振器に好適である。
According to the present embodiment, the
なお、本実施の形態では、エンドポンピング方式を採用したレーザー発振器の例について説明したが、本発明は、この様な場合に限定されない。すなわち、サイドポンピング方式の場合であっても、レーザー結晶5内の熱レンズ5Rを変化させて、Qスイッチ6の光軸調整を行うこともできる。
In this embodiment, an example of a laser oscillator that employs an end pumping method has been described. However, the present invention is not limited to such a case. That is, even in the case of the side pumping method, the optical axis of the
また、本実施の形態では、2枚の光学レンズ2,3を用いて、励起光をレーザー結晶5に集光させる場合について説明したが、本発明はこのような場合に限定されない。すなわち、1枚又は3枚以上の光学レンズを用いて、励起光をレーザー結晶5に集光させる場合にも本発明を適用することができる。
In the present embodiment, the case where the excitation light is condensed on the
また、本実施の形態では、ファイバーコネクタ13を筐体本体10に取付ネジ16により締結させる場合の例について説明したが本発明はこのような構成には限定されない。すなわち、本発明によるレーザー発振器は、光学レンズ2への励起光の入射位置を調整可能な構成であれば、他の構成を採用することができる。また、本実施の形態では、ファイバーコネクタ13を平面内において任意の方向へ調整可能な場合について説明したが、特に排熱面に垂直な方向にのみ調整可能な構成であることが望ましく、排熱面に垂直な方向にのみ調整可能な構成であってもよい。
In the present embodiment, an example in which the
実施の形態2.
実施の形態1では、筐体本体10に対する光ファイバーケーブル8の位置を調整することにより、Qスイッチ6の光軸調整を行う場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、筐体本体10に対する光ファイバーケーブル8及び光学レンズ2の位置を調整する場合について説明する。
In the first embodiment, the example in which the optical axis of the
図11は、本発明の実施の形態2によるレーザー発振器についての説明図であり、Qスイッチの光軸調整時における様子が示されている。レーザー発振器の基本的構成は、図1(実施の形態1)の場合と同様であり、重複する説明は省略する。 FIG. 11 is an explanatory diagram of the laser oscillator according to the second embodiment of the present invention, and shows a state when adjusting the optical axis of the Q switch. The basic configuration of the laser oscillator is the same as that in the case of FIG. 1 (Embodiment 1), and redundant description is omitted.
このレーザー発振器において、光学レンズ3の中心軸に垂直な面内で、任意の方向に光ファイバーケーブル8及び光学レンズ2の位置を移動させれば、Qスイッチ6を固定したままで、レーザー結晶5内における励起光の経路を変化させることができる。このため、実施の形態1の場合と同様にして、Qスイッチ6の光軸調整を容易化することができ、特に、空冷式のレーザー発振器に好適である。
In this laser oscillator, if the positions of the
1 共振器筐体
2,3 光学レンズ
4 リアミラー
5 レーザー結晶
6 Qスイッチ
7 出力ミラー
8 光ファイバーケーブル
10 筐体本体
11 蓋部
12 密閉空間
13 ファイバーコネクタ
13F フランジ部
14 レンズホルダ
16 取付ネジ
5R 熱レンズ
60 振動子
61 結晶
63 アクティブアパーチャー
64 固定ネジ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上記共振器光軸上に設けられ、レーザー光を誘導放出させるレーザー結晶と、
上記共振器光軸上のレーザー光を回折させることによりレーザー発振を制御する音響光学素子と、
上記レーザー結晶及び音響光学素子を密閉空間内に収容する共振器筐体と、
上記レーザー結晶に励起光を入射させる励起光供給部と、
上記励起光の上記レーザー結晶への入射経路を調整するための励起光路調整部とを備えたことを特徴とするレーザー発振器。 A rear mirror and an output mirror arranged opposite to each other to form a resonator optical axis;
A laser crystal that is provided on the optical axis of the resonator and stimulates and emits laser light;
An acoustooptic device that controls laser oscillation by diffracting laser light on the resonator optical axis;
A resonator housing for accommodating the laser crystal and the acoustooptic device in a sealed space;
An excitation light supply unit that makes excitation light incident on the laser crystal;
A laser oscillator comprising: an excitation light path adjusting unit for adjusting an incident path of the excitation light to the laser crystal.
上記励起光軸調整部は、上記光学レンズの中心軸に垂直な方向に関し、上記光ファイバ及び光学レンズの相対的な位置を調整するための調整機構からなることを特徴とする請求項1に記載のレーザー発振器。 The excitation light supply unit includes an optical fiber that supplies the excitation light, and an optical lens that transmits the output light from the optical fiber through the rear mirror and collects the light on the laser crystal.
The said excitation optical axis adjustment part consists of an adjustment mechanism for adjusting the relative position of the said optical fiber and an optical lens regarding the direction perpendicular | vertical to the central axis of the said optical lens. Laser oscillator.
上記励起光軸調整部は、上記励起光供給部の上記共振器筐体への取付位置を調整するための調整機構からなることを特徴とする請求項1に記載のレーザー発振器。 The excitation light supply unit includes an optical fiber that supplies the excitation light, and an optical lens that transmits the output light from the optical fiber through the rear mirror and collects the light on the laser crystal.
2. The laser oscillator according to claim 1, wherein the excitation optical axis adjustment unit includes an adjustment mechanism for adjusting an attachment position of the excitation light supply unit to the resonator housing.
上記励起光軸調整部は、上記放熱面に垂直な方向について、上記励起光供給部から出力される励起光軸の位置を調整可能にすることを特徴とする請求項1、2又は3のいずれかに記載のレーザー発振器。 The acoustooptic device is attached to the resonator housing so that the attachment position can be adjusted in a direction parallel to the heat dissipation surface in a state where the heat dissipation surface of the acoustooptic device is in close contact with the inner wall of the sealed space. An acoustooptic device mounting means;
The excitation light axis adjusting unit enables adjustment of the position of the excitation optical axis output from the excitation light supply unit in a direction perpendicular to the heat radiating surface. A laser oscillator according to the above.
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